CN101699757A - 一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法 - Google Patents
一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101699757A CN101699757A CN200910185029A CN200910185029A CN101699757A CN 101699757 A CN101699757 A CN 101699757A CN 200910185029 A CN200910185029 A CN 200910185029A CN 200910185029 A CN200910185029 A CN 200910185029A CN 101699757 A CN101699757 A CN 101699757A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- switched reluctance
- phase
- control
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 2
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本发明公布了一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法,属于开关磁阻电机控制技术领域。本发明以开关磁阻电机为控制对象,通过向非导通相注入高频脉冲,在整个周期内检测三相电流上升斜率与下降斜率之差,这些离散的差值经过滤波后分别形成三条包络线,它们与电感存在着特定的关系,根据这些包络线的交点就能来确定转子的位置,其他位置可以根据转速推算得出,从而实现电机的正常运行及开通、关断角可调控制。该方法算法简单,控制灵活,只需检测相电流,同时消除了反电势的影响,很大程度上提高了位置估算的精确度。
Description
技术领域
发明涉及一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法,属于开关磁阻电机无位置传感器控制的技术领域。
背景技术
开关磁阻电机具有结构简单坚固、效率高、容错性强、控制灵活等优点,并且价格低,因而备受关注,其应用领域已经涉及航空航天、油田、电动汽车、家用电器等,随着技术的逐渐成熟,已经显示出潜在优势和良好前景。
电机的运行依赖于对转子位置的检测,安装位置传感器不仅增加了电机的成本,并且在特定的环境下会降低了***的可靠性(由于高温、灰尘对于传感器的影响)。所以无位置传感器技术的研究意义重大,是目前SRM研究领域热点之一,许多学者在这方面做出了巨大贡献。各国学者提出了多种无位置方案,典型无位置技术方案有注入脉冲法、电流波形监测法、基于磁链法、互感电压法、磁链/电流法、观测器法、基于模糊神经网络控制的方案等。
其中在电机低速运行时,注入脉冲法原理简单,且较易于实现。为了不增加硬件,在电机三相轮流导通(即每个时刻只有一相导通)的情况下,可以通过功率电路中开关管的高速开通与关断,来实现向非导通相注入电压脉冲。由于开关管开通时间很短,且转速较低,响应电流可表示为式(1):
其中,v_bus为母线电压,ΔT为注入脉冲的时间,L(θ)为相电感。如果向绕组中注入脉冲的时间ΔT固定,响应电流变化Δi与L(θ)电感成反比关系。在电机只有一相导通的情况下,并不需要转子每一个位置信息,只要能判断出电机换相位置是否来到即可。所以在某一相关断时,向该相中注入高频脉冲,然后对相应电流进行检测,当Δi大于设定的阀值时,就开通该相并关断上一导通相。图1所示为三相电感随转子位置的变化曲线,其中0°代表A相定子齿与转子槽对齐位置,22.5°代表A相定子齿与转子齿对齐位置;图2为整个周期向A相注入脉冲后响应电流的波形。当A相的响应电流达到阀值时,则代表A相已处于0°附近,此时即可开通A相,关断C相。这样,就可以实现不需要位置信号情况下的三相连续导通。
但是该算法存在的缺点:由于随着母线电压的升高,相应地脉冲电流的幅值也会升高,这样就需要改变设定的阀值才能在想要的角度开通相应相,所以不适合调压控制的情况下运行;另外,该方法只适合于固定开通关断角,不能灵活控制,限制了其适用范围。基于以上缺点,本发明提出了根据三相电流斜率的变化来估算转子的位置,这种方法算法简单,可以调节开通、关断角,并且适用于变压调速的场合使用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷提出了一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法,这种方法适用于电机低速斩波运行模式。通过向非导通相注入高频脉冲,在整个周期内检测三相电流上升斜率与下降斜率之差,这些离散的差值经过滤波后分别形成三条包络线,它们与电感存在着特定的关系,依靠这些包络线的交点就能来确定转子的位置,其他位置可以根据转速推算得出。
该发明的技术方案包括以下几个步骤:
适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法,其特征在于包含以下步骤:
第一步:所述开关磁阻电机工作于低速斩波模式,通过向非导通相绕组注入高频脉冲后,使用三个电流传感器分别实时检测三相绕组电流,将所述检测到的三相绕组电流分别依次经过调理电路和AD转换模块后由微处理器计算得到电流斜率之差;
第二步:将第一步所述的检测得到的电流斜率之差经过中值滤波后形成三条包络线;
第三步:由三相包络线的交点得到电流斜率与特定的转子位置之间的关系表:
由任意两个特定的转子位置点之间的时间差Δt计算出所述开关磁阻电机的实时转速根据所述特定转子位置和实时转速ω估算出转子到达任意位置的时刻点微处理器依据转子的位置信息即即转子到达任意位置的时刻点给出功率变换器的驱动信号驱动电机实现正常运行及实现开通、关断角可调控制,其中ia、ib、ic分别为三相绕组电流,Δθ为所述任意两个特定转子位置点之差,t*为检测得到特定转子位置θ*的时刻点,t为所求任意位置θ的时刻点。
该控制策略具有以下优点:
●实施简便,不需要另外增加硬件,只需要对电流进行检测,可以有效地节省***的成本。
●巧妙地消除了反电势的影响,很大程度上提高了转子位置估算的精确性;
●不受电压改变的影响。随着电压的改变,电流变化率也会随着变化,然而三条包络线的斜率的变化是一致的,其原有的对称性并无变化,因此不影响其交点的位置。这种方法适合于变压调速的场合使用。
●可以调节开通、关断角,控制更为灵活。
●算法简单,对控制芯片的要求并不是很高。
●一个周期可以测试出六个特殊的位置点,这样即使个别位置信号丢失也不会影响电机的运行,保证了转子位置估算的精度。
附图说明
图1为12/8结构开关磁阻电机的三相电感随转子位置的变化曲线。
图2为整个周期向A相注入脉冲后响应电流的波形。
图3为非导通时注入脉冲、导通后斩波的模式下A相电流波形。
图4为开关磁阻电机调速***框图。
图5为A相电流斜率变化值经过中值滤波后形成的包络线。
图6为三相包络线与相电感关系的示意图。
图7为控制策略流程图。
具体实施方式
当电机工作在低速斩波模式下,如果向非导通相注入高频脉冲,那么开关管在整个周期内都是工作在不停地开通与关断状态下的。低速指电机转速低于1500rpm.。本发明中的高频脉冲频率为10K--20KHz。
当开关管导通时,电压方程可以表示为式(2):
当开关管关断时,电压方程可以表示为式(3):
由上式可以看出,电流的上升斜率减去下降斜率的差,不受运动反电势的影响,只跟母线电压与相电感有关。传统的控制方法通常忽略了反电势的影响,因而会造成较大误差。而在本发明中,经过上面的处理,并没有忽略反电势,但间接地消除了其影响,从而大大提高了控制的精度。当电压固定不变时,电流斜率之差与相电感成反比关系,而电感随转子位置的改变而改变,所以,可以通过测量电流斜率变化来估算转子的位置。
图4为开关磁阻电机调速***框图。开关磁阻电机调速***主要由开关磁阻电机(SRM)、功率变换器、控制***、位置传感器以及电流检测和保护电路等组成。控制***由微处理器(DSP+CPLD)构成,其中微处理器是***的核心,对检测信号进行采集、计算和处理,完成相关的控制算法,从而输出相应的控制信号。本发明中的电流斜率计算和无位置传感器技术的算法均由控制器来完成。通过电流传感器可以实时检测三相电流,通过DSP可以计算出开关管状态改变区间的值,例如图3中区域1、2、3的电流斜率变化值。为了方便表示,用表示A相的其它两相也用相同的表示方法。
由此,可以得到一系列离散的电流斜率之差的数值,这些离散的数值经过滤波后可以形成一条包络线如图5所示。
运用以上方法,同样可以得到B、C相的电流斜率变化的包络线。如图6所示,这三条包络线的变化趋势与相电感的变化趋势恰相反。根据电机结构的对称性,B相和C相的包络线分别比A滞后15°和30°。并且各相前半周期与后半周期的电感是对称的,这一性质决定了三条包络线的交点是确定的位置点。
表1为三相电流斜率与转子位置之间的关系表。电机运行过程中通过三个电流传感器实时检测各相电流斜率的变化,根据它们之间的关系判断出转子的特定位置点,进一步可以根据公式由两个位置点之间的时间差计算出电机的实时转速。根据判断出的特定位置点和计算得到的转速,就能估算出转子的其它位置,从而实现电机的正常运行及开通、关断角可变控制。
表1
图7为该控制策略的流程图。向非导通相注入高频脉冲,导通相则进行斩波控制,由三个电流传感器实时采集三相电流,经过调理电路和AD转换后由DSP计算出电流斜率之差,这些离散的差值经过中值滤波后形成三条包络线,根据表1中给出的电流斜率与转子位置之间的关系表,可以判断出转子的特定位置点,进一步可以根据公式由两个位置点之间的时间差计算出电机的实时转速。根据判断出的特定位置点和计算得到的转速,就能估算出转子的其它位置,最后微处理器依据位置信号能够给出功率变换器中开关管的驱动信号,从而使电机正常运转。
Claims (1)
1.一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器方法,其特征在于包含以下步骤:
第一步:所述开关磁阻电机工作于低速斩波模式,通过向非导通相绕组注入高频脉冲后,使用三个电流传感器分别实时检测三相绕组电流,将所述检测到的三相绕组电流分别依次经过调理电路和AD转换模块后由微处理器计算得到电流斜率之差;
第二步:将第一步所述的检测得到的电流斜率之差经过中值滤波后形成三条包络线;
第三步:由三相包络线的交点得到电流斜率与特定的转子位置之间的关系表:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009101850290A CN101699757B (zh) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | 一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009101850290A CN101699757B (zh) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | 一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101699757A true CN101699757A (zh) | 2010-04-28 |
CN101699757B CN101699757B (zh) | 2012-01-25 |
Family
ID=42148204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009101850290A Expired - Fee Related CN101699757B (zh) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | 一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101699757B (zh) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102102681A (zh) * | 2011-02-25 | 2011-06-22 | 艾默生网络能源有限公司 | 风机控制*** |
CN102624304A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-08-01 | 南京航空航天大学 | 一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
WO2013004311A1 (de) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur elektronischen kommutierung in gleichstrom-elektromotoren |
CN103840719A (zh) * | 2012-11-22 | 2014-06-04 | 浙江仕迈电机有限公司 | 一种开关磁阻电动机功率开关器件组合斩波逻辑控制方法 |
CN104734581A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-24 | 南京航空航天大学 | 一种永磁无刷直流电机无位置传感器的驱动方法 |
CN104811104A (zh) * | 2014-01-23 | 2015-07-29 | 尼得科Sr驱动有限公司 | 电机的控制 |
CN105245139A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-13 | 南京信息职业技术学院 | 基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法及*** |
CN105703680A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-06-22 | 厦门理工学院 | 基于脉冲注入的三相开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN104242748B (zh) * | 2014-10-08 | 2016-08-31 | 南京信息职业技术学院 | 一种用于开关磁阻电机***的转子位置估计方法及装置 |
CN105932913A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于励磁电流脉动响应的电励磁同步电机转子位置全程无传感器检测方法 |
CN109150030A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-04 | 南京信息工程大学 | 一种开关磁阻电机转子位置估计方法 |
CN109391183A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-26 | 南京信息工程大学 | 一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法及应用 |
CN110120766A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-13 | 中国矿业大学 | 基于虚拟单位电感矢量的开关磁阻电机转子位置估计方法 |
CN110168917A (zh) * | 2016-10-28 | 2019-08-23 | Ksb股份有限公司 | 用于调整同步磁阻马达的磁特性的方法和设备 |
CN111541404A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-08-14 | 中国矿业大学 | 基于脉冲注入的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN111740654A (zh) * | 2019-03-21 | 2020-10-02 | 中国矿业大学 | 一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN112204869A (zh) * | 2018-11-20 | 2021-01-08 | 株式会社日立产机*** | 电力转换装置 |
CN113740593A (zh) * | 2021-10-10 | 2021-12-03 | 郑州大学 | 一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机***相电流检测方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9525952D0 (en) * | 1995-12-19 | 1996-02-21 | Switched Reluctance Drives Ltd | Sensorless rotor position monitoring in reluctance machines |
GB0007422D0 (en) * | 2000-03-27 | 2000-05-17 | Switched Reluctance Drives Ltd | Position detection of switched reluctance machines |
GB0400483D0 (en) * | 2004-01-09 | 2004-02-11 | Switched Reluctance Drives Ltd | Rotor position detection of an electrical machine |
-
2009
- 2009-10-28 CN CN2009101850290A patent/CN101699757B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102102681A (zh) * | 2011-02-25 | 2011-06-22 | 艾默生网络能源有限公司 | 风机控制*** |
US9118268B2 (en) | 2011-07-07 | 2015-08-25 | Robert Bosch Gmbh | Electronic commutation method in direct current electric motors |
WO2013004311A1 (de) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur elektronischen kommutierung in gleichstrom-elektromotoren |
CN103650325A (zh) * | 2011-07-07 | 2014-03-19 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于直流电机中的电子换向的方法 |
CN103650325B (zh) * | 2011-07-07 | 2017-05-17 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于直流电机中的电子换向的方法 |
CN102624304A (zh) * | 2012-04-10 | 2012-08-01 | 南京航空航天大学 | 一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN102624304B (zh) * | 2012-04-10 | 2014-10-15 | 南京航空航天大学 | 一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN103840719A (zh) * | 2012-11-22 | 2014-06-04 | 浙江仕迈电机有限公司 | 一种开关磁阻电动机功率开关器件组合斩波逻辑控制方法 |
CN104811104A (zh) * | 2014-01-23 | 2015-07-29 | 尼得科Sr驱动有限公司 | 电机的控制 |
CN104242748B (zh) * | 2014-10-08 | 2016-08-31 | 南京信息职业技术学院 | 一种用于开关磁阻电机***的转子位置估计方法及装置 |
CN104734581B (zh) * | 2015-03-19 | 2017-04-19 | 南京航空航天大学 | 一种永磁无刷直流电机无位置传感器的驱动方法 |
CN104734581A (zh) * | 2015-03-19 | 2015-06-24 | 南京航空航天大学 | 一种永磁无刷直流电机无位置传感器的驱动方法 |
CN105245139A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-01-13 | 南京信息职业技术学院 | 基于脉冲电流包络线的开关磁阻电机位置估计方法及*** |
CN105703680A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-06-22 | 厦门理工学院 | 基于脉冲注入的三相开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN105932913A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于励磁电流脉动响应的电励磁同步电机转子位置全程无传感器检测方法 |
CN105932913B (zh) * | 2016-06-30 | 2018-07-06 | 哈尔滨工业大学 | 基于励磁电流脉动响应的电励磁同步电机转子位置全程无传感器检测方法 |
CN110168917B (zh) * | 2016-10-28 | 2022-09-16 | Ksb股份有限公司 | 用于调整同步磁阻马达的磁特性的方法和设备 |
CN110168917A (zh) * | 2016-10-28 | 2019-08-23 | Ksb股份有限公司 | 用于调整同步磁阻马达的磁特性的方法和设备 |
CN109150030B (zh) * | 2018-09-13 | 2021-05-18 | 南京信息工程大学 | 一种开关磁阻电机转子位置估计方法 |
CN109150030A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-04 | 南京信息工程大学 | 一种开关磁阻电机转子位置估计方法 |
CN109391183A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-26 | 南京信息工程大学 | 一种开关磁阻电机无位置传感器低速起动冗余容错控制方法及应用 |
CN112204869A (zh) * | 2018-11-20 | 2021-01-08 | 株式会社日立产机*** | 电力转换装置 |
CN112204869B (zh) * | 2018-11-20 | 2024-01-05 | 株式会社日立产机*** | 电力转换装置 |
CN111740654A (zh) * | 2019-03-21 | 2020-10-02 | 中国矿业大学 | 一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN110120766B (zh) * | 2019-05-13 | 2020-11-27 | 中国矿业大学 | 基于虚拟单位电感矢量的开关磁阻电机转子位置估计方法 |
CN110120766A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-13 | 中国矿业大学 | 基于虚拟单位电感矢量的开关磁阻电机转子位置估计方法 |
CN111541404A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-08-14 | 中国矿业大学 | 基于脉冲注入的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 |
CN113740593A (zh) * | 2021-10-10 | 2021-12-03 | 郑州大学 | 一种考虑主动误差补偿的开关磁阻电机***相电流检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101699757B (zh) | 2012-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101699757B (zh) | 一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 | |
CN101917151B (zh) | 一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法 | |
CN101436843B (zh) | 一种无位置传感器开关磁阻电机中转子位置的检测方法 | |
CN103036496B (zh) | 自适应反推控制的永磁同步电机dtc***及其控制方法 | |
CN104682787B (zh) | 一种三相开关磁阻电机转子初始位置角估计方法 | |
CN102624304B (zh) | 一种适合中高速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法 | |
CN101902190B (zh) | 一种开关磁阻电机无位置传感器转子位置估计方法 | |
CN103001578A (zh) | 马达控制装置 | |
CN105680742A (zh) | 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置识别***及方法 | |
CN101902189A (zh) | 一种开关磁阻电机无位置传感器初始定位和起动方法 | |
CN104767434A (zh) | 一种无刷直流电动机转子换相位置检测及换相控制方法 | |
CN102291068B (zh) | 四象限无位置传感器开关磁阻电机控制方法 | |
CN103078586A (zh) | 一种基于电感法的三相电励磁双凸极电机起动升速无位置技术 | |
CN104734581B (zh) | 一种永磁无刷直流电机无位置传感器的驱动方法 | |
CN109245633A (zh) | 基于线电感特征点提取的三相开关磁阻电机无位置传感器控制方法及装置 | |
CN108712127A (zh) | 一种开关磁阻电机无位置传感器控制方法及装置 | |
CN104242748B (zh) | 一种用于开关磁阻电机***的转子位置估计方法及装置 | |
CN104579040A (zh) | 适合开关磁阻电机全速范围运行的无位置传感器控制方法 | |
CN104485868A (zh) | 表贴式永磁同步电机电流预测控制方法 | |
CN103595313B (zh) | 一种基于端电压的电励磁双凸极电机低速运行无位置传感器法 | |
CN107046388B (zh) | 一种开关磁阻电机电流跟踪控制方法、控制器及调速*** | |
CN104201948A (zh) | 一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法 | |
CN103684143A (zh) | 一种基于换相点电流响应的电励磁双凸极电机起动加速无位置传感器方法 | |
CN103684138A (zh) | 一种基于非导通相端电压坐标变换的三相电励磁双凸极电机高速无位置控制策略 | |
CN105071716A (zh) | 双绕组无刷直流电机倍频斩波控制电路及反电势过零点检测方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120125 Termination date: 20131028 |